液滴撞擊網(wǎng)面現(xiàn)象廣泛存在于自然界和一系列工農(nóng)業(yè)應(yīng)用中, 如噴涂、防護(hù)衣物開發(fā)、傳熱、印刷、兩相分離、口罩的開發(fā)與使用和農(nóng)藥噴灑等. 液滴撞擊網(wǎng)面經(jīng)歷復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程, 除了在網(wǎng)面上產(chǎn)生液滴撞擊固體表面時(shí)的飛濺、鋪展和反彈現(xiàn)象外, 還會(huì)在網(wǎng)面下產(chǎn)生穿透和破碎, 形成二次液滴. 液滴撞網(wǎng)結(jié)果通常分為以下3種: 韋伯?dāng)?shù)較低時(shí), 撞擊液滴在網(wǎng)面上擴(kuò)散, 不穿透網(wǎng)面, 定義為不穿透; 在韋伯?dāng)?shù)較高時(shí), 液滴撞擊網(wǎng)面后在網(wǎng)面下方形成液指, 液指不斷裂并最終回縮到網(wǎng)面上表面, 定義為不完全穿透; 進(jìn)一步提高韋伯?dāng)?shù)到大于某一臨界值Wep, 液指會(huì)破裂并在網(wǎng)面下產(chǎn)生二次液滴, 這種現(xiàn)象被定義為完全穿透.

液滴撞擊網(wǎng)面產(chǎn)生的二次液滴在有些場合是需要的, 在另一些場合又會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響, 因而工程中存在認(rèn)清其規(guī)律和機(jī)理, 從而實(shí)現(xiàn)調(diào)控的迫切需求. 如, 對于防護(hù)衣物開發(fā)和口罩的使用, 二次液滴的出現(xiàn)會(huì)顯著降低防護(hù)效果; 而對于噴涂和印刷, 二次液滴是有助于用更少液體實(shí)現(xiàn)更大覆蓋面積的目標(biāo)的. 臨界韋伯?dāng)?shù)Wep通常被用來界定從不完全穿透到完全穿透的轉(zhuǎn)變, 當(dāng)撞擊韋伯?dāng)?shù)大于Wep時(shí), 完全穿透現(xiàn)象出現(xiàn), 撞擊會(huì)形成二次液滴; 反之, 撞擊不會(huì)形成二次液滴. 對于特定的液滴, 也可用臨界速度Up來界定兩種現(xiàn)象的轉(zhuǎn)變.

隨著高速攝影技術(shù)的發(fā)展, 直接觀測液滴撞網(wǎng)現(xiàn)象變得可能, 對該現(xiàn)象的研究在過去的20年中引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注. Lorenceau等對液滴撞擊單孔進(jìn)行研究, 首次定義了Up, 并提出了一個(gè)基于動(dòng)壓和毛細(xì)壓力平衡的穿透預(yù)測模型, 還根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合了模型中的系數(shù). 此后, 類似模型被廣泛應(yīng)用于分析網(wǎng)面材料、網(wǎng)面潤濕性、網(wǎng)面形態(tài)、網(wǎng)面傾角和網(wǎng)面預(yù)濕等因素對臨界韋伯?dāng)?shù)Wep或速度Up的影響, 建立了適應(yīng)這些特定因素的穿透預(yù)測模型.

前述研究都是基于低黏性液滴(大部分是水)撞擊開展的, 關(guān)注點(diǎn)仍是網(wǎng)面屬性對撞擊結(jié)果的影響. 液滴屬性對撞擊結(jié)果的影響最近也引起了學(xué)者們的注意, 如Blackwell等、Mehrizi等研究了非牛頓流體液滴撞擊網(wǎng)面的現(xiàn)象和規(guī)律; Wang等和Vontas等采用數(shù)值模擬方法研究了液滴黏性的影響; Abouelsoud等實(shí)驗(yàn)研究了不同黏性的低表面張力硅油滴撞擊親油網(wǎng)的現(xiàn)象和規(guī)律, 預(yù)測了最大液指長度. 然而, 前述研究都沒有關(guān)注網(wǎng)面預(yù)濕的影響, 實(shí)際應(yīng)用中的網(wǎng)面只要經(jīng)過一次液滴撞擊, 就會(huì)被預(yù)濕; 針對預(yù)濕的研究雖有開展, 但是都沒有研究液滴黏性的影響, 尤其是大表面張力液滴黏性的影響.

科研人員利用高速陰影成像技術(shù), 研究了大表面張力液滴(甘油水溶液)黏性、網(wǎng)面尺寸和網(wǎng)面預(yù)濕對液滴撞網(wǎng)結(jié)果的影響, 獲得了系列條件下的最大液指長度和形成完全穿透所需的臨界參數(shù), 分析了關(guān)鍵因素的影響規(guī)律和機(jī)制, 建立了考慮液滴黏性、網(wǎng)面尺寸和網(wǎng)面預(yù)濕的最大液指長度和形成完成穿透所需臨界參數(shù)的預(yù)測模型, 預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好, 為工程應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論工具.

本文通過可視化實(shí)驗(yàn)研究了10種不同黏性的液滴撞擊5種不同結(jié)構(gòu)的干燥和預(yù)濕網(wǎng)面形成液指和二次液滴的演化規(guī)律, 通過理論分析了相應(yīng)機(jī)理, 并建立了預(yù)測模型, 獲得主要結(jié)論如下:

(1)液滴撞擊干燥網(wǎng)面后形成的最大液指長度和液滴完全穿透干燥網(wǎng)面所需的臨界速度都隨網(wǎng)孔寬度減小、液滴黏性增加而減小;

(2)網(wǎng)面預(yù)濕可以完全抑制液滴撞擊網(wǎng)面后的不完全穿透和完全穿透, 預(yù)濕液膜高度越高抑制效果越明顯;

(3)建立了考慮液滴黏性、網(wǎng)孔寬度和網(wǎng)面預(yù)濕的液滴撞擊網(wǎng)面后形成最大液指長度及出現(xiàn)完全穿透臨界參數(shù)的理論預(yù)測模型, 模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好.

免責(zé)聲明：文章來源網(wǎng)絡(luò)  以傳播知識(shí)、有益學(xué)習(xí)和研究為宗旨。 轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除。